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TU Berlin

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Optisch verbotene Zustände

Donnerstag, 17. November 2016

Medieninformation Nr. 188/2016

TU-Physiker arbeiten an der Klärung der Wechselwirkung von Licht und Materie in Nanomaterialien

Wenn sich die Theorie im Experiment beweisen lässt, ist das gerade für die Grundlagenforschung eine Sternstunde. Einer Arbeitsgruppe von TU-Physikern ist es nun mit weiteren Partnern gelungen, elementare Prozesse und Wechselwirkungen von Teilchen in ultradünnen Nanomaterialien im Experiment nachzuvollziehen, die zum Beispiel für die Halbleiterforschung und -herstellung von Bedeutung sein können. Die Physiker konnten ihre Ergebnisse Anfang November 2016 in der Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlichen.

Ein Fokus der aktuellen Forschung richtet sich auf eine neue Klasse an dünnen Nanomaterialien, die nur wenige Atome dick sind: die so genannten „transition metal dichalcogenides“ (TMDs). Aufgrund ihrer ultradünnen Beschaffenheit weisen diese Materialien eine starke Wechselwirkung von Licht, Materie und Anziehungskraft (Coulomb-Wirkung) auf. Letztere führt zur Ausbildung stark gebundener Elektron-Loch Paare, die „Exzitonen“ genannt werden. Neben optisch zugänglichen „hellen“ Exzitonen,  gibt es in den TMDs auch eine ganze Bandbreite an Exziton-Zuständen, die optisch dunkel sind.

Die Physik-Arbeitsgruppe an der TU Berlin rund um Prof. Dr. Andreas Knorr und Malte Selig führte gemeinsam mit Forschungsgruppen an der Universität Regensburg, der Stanford University (USA) und der Chalmers University (Schweden) eine Untersuchung zur Lebensdauer der Exziton-Zustände in TMDs durch. Schwerpunkt war dabei das Verständnis elementarer Wechselwirkungsprozesse zwischen Exziton-Photon und Exziton-Phonon sowie des Einflusses, den sie aufeinander ausüben. Überraschenderweise zeigte sich, dass in TMDs dunkle Exzitonzustände unterhalb der optisch hellen liegen können und so einen für die Exziton-Phonon-Streuung stark effizienten Relaxationskanal darstellen können. Dies macht sich in einer kurzen Lebenszeit der optisch hellen Exziton-Zustände bemerkbar. Theorie und Experiment stimmten hier exzellent überein. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem fundierten Verständnis der Exziton-Physik in TMDs bei, das eine grundlegende Voraussetzung für deren vielversprechende technologische Anwendung, zum Beispiel in der Halbleiterherstellung, darstellt.

Der Artikel „Excitonic linewidth and coherence lifetime in monolayer transition metal dichalcogenides“ ist zu lesen und zitierbar unter der Digital Object Identifier (DOI) Number 10.1038/NCOMMS13279 unter der URL: http://dx.doi.org/

pp

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:

Malte Selig und Prof. Dr. Andreas Knorr
Technische Universität Berlin
Institut für Theoretische Physik
Arbeitsgruppe Nichtlineare Optik und Quantenelektronik von Halbleitern


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